High Tg PCB(고온 PCB 솔루션)

전자 제품이 더 작고, 더 기능적이며, 더 강력해짐에 따라 발생되는 열도 증가하고 있으며, 작업 환경은 이전보다 더 복잡하고 극한으로 치닫고 있습니다. 표준 PCB는 제한된 범위의 PCB 온도만 견딜 수 있습니다. PCB 온도 한계를 초과하면 회로 기판이 휘어지고 성능이 저하되며 심지어 고장날 수도 있습니다. 따라서 이러한 경우에는 높은 Tg PCB 또는 고온 PCB를 사용하는 것이 매우 중요합니다.

고 Tg PCB의 핵심 장점은 더 높은 Tg 값, 즉 유리 전이 온도를 가진 재료를 사용한다는 것입니다. 따라서 고온 조건에서도 구조적 안정성을 유지할 수 있으며, 변형, 박리 또는 성능 저하가 발생하지 않습니다.

이 글에서는 PCB Tg가 무엇인지, 점점 더 많은 산업에서 고 Tg FR4 소재를 선택하는 이유, 그리고 프로젝트에 적합한 FR4 온도 정격을 선택하는 방법에 대해 설명합니다.

PCB의 Tg는 무엇인가?

Tg(유리 전이 온도)는 PCB 기판 소재(예: FR4)가 단단한 유리 상태에서 부드러운 고무 상태로 변하는 온도를 말합니다. 즉, 온도가 이 온도에 근접하거나 초과하면 소재가 연화되기 시작하여 강도가 감소합니다. 예를 들어, "Tg130"은 PCB 기판의 유리 전이 온도(Tg)가 130°C임을 나타냅니다.

FR4 유리 전이 온도는 FR4 소재가 구조적 강도를 잃기 시작하기 전까지 견딜 수 있는 온도를 정의합니다. 온도가 이 PCB Tg 등급 범위보다 낮으면 회로 기판은 기본적으로 안정적으로 유지됩니다. 그러나 이 온도를 초과하면 PCB 팽창이나 휘어짐, 층 분리(박리), 비아 또는 도금 관통홀(PTH) 균열, 전기적 성능 저하 또는 신호 왜곡과 같은 여러 문제가 발생할 수 있습니다.

간단히 말해, Tg 값은 PCB가 견딜 수 있는 최고 PCB 온도가 아니라, 소재가 더 이상 강성을 유지할 수 없는 임계 온도입니다. 신뢰성을 확보하려면 PCB의 작동 온도는 Tg 값보다 20~25°C 낮은 것이 바람직합니다.

고 Tg PCB란 무엇인가?

고 Tg PCB는 기본 재료의 유리 전이 온도(Tg 값)가 170°C 이상인 회로 기판을 말합니다.

비교를 위해 설명드리자면, 표준 FR4 보드의 Tg는 일반적으로 130~140°C이고, 중간 Tg는 보통 150°C 정도입니다. Tg가 170°C를 초과하면 고온 PCB 또는 고 Tg PCB로 분류됩니다.

회로 기판이 고전력 또는 고온 환경에서 작동하거나 무연 리플로우 솔더링(최대 온도 260°C) 중에 표준 FR4는 연화, 변형 또는 박리될 수 있습니다. 그러나 고 Tg PCB는 이러한 극한 조건에서도 기계적 강도, 전기 절연 특성, 치수 안정성, 내화학성 및 내습성을 유지할 수 있습니다.

왜 높은 Tg PCB가 필요한가

1. 열 및 전력 밀도 과제

자동차 제어 장치, 전력 인버터, 산업용 구동 장비와 같은 고성능 전자 시스템은 작동 중 많은 열을 발생시킵니다. 온도가 PCB 온도 한계를 초과하면 표준 FR4 기판이 변형되거나 휘거나 심지어 고장날 수 있습니다. 높은 Tg PCB는 내열성이 우수하여 고온에서도 형태를 유지하고 박리되지 않아 장기간 고부하 작업 환경에 적합합니다.

2. 무연 제조, RoHS

무연 리플로우 솔더링은 RoHS 기준을 준수하지만, 솔더링 온도는 245~260°C로 매우 높아 표준 FR4 유리 전이 온도에 근접하거나 그보다 더 높습니다. 일반 PCB는 이 과정에서 블리스터링이나 박리가 발생하기 쉽습니다. 높은 Tg의 FR4 소재를 사용하면 이러한 문제를 방지하고 솔더링 후에도 기판이 평평하고 안정적으로 유지됩니다.

3. 높은 레이어 수 및 HDI PCB

다층 기판과 HDI 기판의 내부 구조는 복잡하고, 비아(via)가 조밀하고 부품 피치가 미세하여 열 발산이 어렵고 열이 축적되기 쉬워 기판의 열 불균형이나 손상으로 이어질 수 있습니다. 따라서 고온 PCB를 사용해야 합니다. 즉, 균열 및 박리를 방지하고 전반적인 신뢰성을 높이기 위해 높은 Tg 값과 낮은 Z축 열팽창 계수를 가진 소재를 사용해야 합니다.

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고 Tg PCB의 주요 장점 및 특성

PCB 소재를 선택할 때 가격과 층 수 외에 가장 중요한 것은 고온 및 고전력 환경에서 장시간 안정적으로 작동할 수 있는지 여부입니다. 이것이 바로 고 Tg PCB의 가치입니다. 일반 기판과 비교했을 때, PCB 온도 한계에 도달하더라도 구조적 안정성을 유지할 수 있으며, 전기적 성능도 크게 저하되지 않습니다.

다음 표는 높은 Tg PCB의 주요 장점을 명확하게 요약한 것입니다. 여기에는 더 높은 Tg 값, 더 낮은 Z축 CTE, 높은 Tg FR4의 더 안정적인 성능, 고온 PCB 환경에서의 더 나은 내열성 및 신뢰성이 포함됩니다.

고 Tg PCB용 일반 재료

고 Tg PCB의 응용 분야

맺음말

오늘날 전자 제품은 더 높은 전력, 더 작은 크기, 그리고 더 까다로운 작업 환경을 요구합니다. 따라서 회로 기판은 더 높은 온도를 견뎌내고 장기적인 안정성을 보장해야 합니다. 고 Tg PCB는 이러한 요구를 충족하도록 정밀하게 설계되었습니다. 높은 Tg 값과 더 나은 FR4 온도 등급을 통해 회로 기판의 고온, 습기 및 기계적 응력에 대한 내성을 향상시킵니다.

다층 HDI 기판, 자동차 전자 장치, RF 모듈 등 고온 및 고전력 애플리케이션 환경에서는 고 Tg FR4(고 Tg FR4) 또는 고온 PCB(고온 PCB)를 선택하십시오. 이러한 PCB는 모두 PCB 온도 한계에 도달하더라도 회로 기판이 안정적으로 작동하고 성능이 저하되지 않도록 보장합니다.

전자 기술이 고전력, 고밀도를 향해 끊임없이 발전함에 따라 PCB Tg가 무엇인지, 적절한 PCB Tg 정격을 선택하는 방법, 올바른 재료를 선택하는 것은 더 이상 선택 사항이 아니라 제품의 신뢰성과 안전성을 보장하는 데 필요한 조건이 되었습니다.